DE1604879A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen durch Ausfrieren - Google Patents

Description

1105 Coleman Avenue, San Jose, Calif. USA

Verfahren and Torrichtung zum Trocknen durch Ausfrieren.

Die Erfindung betrifft die Gefriertrocknung und insbesondere ein mit Zerstäubung arbeitendes Gefriertrocknungssystem, bei dem eine Peststoffe mitführende Flüssigkeit unter Druck in eine Vakuum-Gefrierkammer gesprüht wird, worauf die zerstäubten Tröpfchen der Flüssigkeit gefrieren und als gefrorene Teilchen in eine Vakuum-Trockenkammer fallen* Aus der Trockenkammer kommen vollständig trockene Peststoffpartikel heraus, die auch wehrend des Trockenverfahrens nicht feucht geworden sind.

Das Sprühgefrierverfahren, gefolgt von. der Gefriertrocknung, bietet eine Reihe von Vorteilen, V!exixi es auf geeignete Substanzen angewendet wird, wie etwa Kaffβextrakt, Fruchtsäfte, biologische Stoffe und dergleichen. In erster Linie werden die Verarbeitungskosten herabgesetzt, da das Verfahren einen kontinuierlichen Betrieb gestattet. Lademulden oder ähnliche Vorrichtungen

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sind überflüssig, da die den feststoff enthaltende Flüssigkeit kontinuierlich in die Gefrierkammer gepumpt wird. Die getrockneten Teilchen, die eine sehr feine Struktur haben können, oxiden sich bei Wasserzugabe in ein Produkt zurück, das ähnlichen, durch andere Trockenverfahren gewonnenen Erzeugnissen geschmacklich überlegen ist. Bei deia erfindungsgemäßen Verfahren ist die Gesamtdauer, während der das Produkt exner Behandlung unterworfen wird und die hierin als"Verweilzeit" bezeichnet wird, nur ein Bruchteil der in anderen G-efriertrockenverfahren benötigten Verweilzeiten. Da während des Trockenvorganges der eisige Kern mit einer Hülle von getrockneten Feststoffen umgeben wird, kann, wenn das Material hitzeempfindlich ist (und Wärme muß zugefürirt werden, u^- die Verweilzeit auf einen wirtschaftlich vertretbaren Wert zu reduzieren) eine ungebührliche Verlängerung der Verweilzeit zu einer teilweisen Zerstörung gewisser Qualitäten des Trockenproduktes, etwa des Geschmackes, des Eiizymgehaltes oder dergleichen, führen.

Das mit Zerstäubung arbeitende 3-efriertrockensystem der Erfindung ist im wesentlichen ein Verfahren mit nur einem Verfahrensschrittj die Feststoffe mitführende Flüssigkeit wird nämlich in einer Einheit der Anlage unter Versprühen ausgefroren, wobei die gefrorenen Partikel direkt in eine Gefriertrockeneinheit der Anlage gelangen und von dort durch eine Luftschleuse aus der Anlage entlassen werden·

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Verv,eilzeit in einem Gefriertrockensystem zu verkürzen, reiter will die Lrfinfindung die Erfordernisse für die Kühlung und Isolation in dem System herabsetzen. Das mit Versprühen arbeitende, erfindungs-

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gemäße G-efriertrcckensystem soll so gestaltet sein, daß es sich für einen kontinuierlichen Betrieb eignet. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in einem Gefriertrockensystern für eine gegebene wassermenge, die während des Verfahrens entfernt werden muß, benötigte Kühlleistung möglicnsi klein zu machen. In de., erfiitäungsfeemäßen System ict Vorsorge getroffen, dai die gefrorenen Teilchen während--des Trockenvorganges nicht an verschiedenen Bestandteilen der Anlage haften bleiben. Gemäß der Erfindung ist eine Gefriertrocknungseinheit vorgesenen, die einen eigens konstruierten Vibratorförderer enthält, der die Verv.eilseit abkürzt und das Haften der gefrorenen Partikel an der ü'craerfläche verhindert.

.Die Erfindung will ferner ein Vorgefrieren, Pulverisieren oder eine andere Vorbehandlung des katerials als Vorbereitung für das •aefriertrocknur.gsverfahren überflüssig macnen. Das erfiiiduiifcsgemäße aefriertrocknungssystem soll aucn so gestaltet sein, dai die kleinen Einzelteilchen der gefrorenen Flüssigkeit nicht von der Dampfströmung aus der Trockenkammer in die Gefrierkaiaiuer mitgezogen werden.

Endlich ist die Erfindung auf ein verbessertes, mit Versprühen arbeitendes G-efriertroclttiungssystem zum Trocknen von Kaffeextrakt zwecks Herstellung von "instant coffee" (iL'affeepulver) gerichtet und schließt aucn den verbesserten "instant coffee" ein.

Auf welche Weise diese und andere Aufgaben _eelöst und Vorzüge verwirklicht werden, geht aus der nachfolgenden eingehenden Beschreicung an Hand der Zeichnungen hervor, is zeigern

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Fig.1 eine sehematische Skizze einer mit Versprühen arbeitenden Gefriertrockenanlage, die die Erfindung verkörpert\

Fig.2 eine Endansicht der Trockenkammer, wobei die Abschlußplatte entfernt ist}

Pig.3 einen Vertikalschnitt durch die !Trockenkammer nach der Linie 3-3 der Fig.2j ■

Fig. 4' einen Horizontalschnitt durch die Trockenkammer nach der Linie 4-4 der Fig.2. Mg.3 und 4 zeigen beide lediglich das Ausstoßende der Trockenkammerj

Fig.5 eine Skizze in vergrößertem Maßstab, die den Aufbau des Vibratorförderers veranschaulichtj

Fig.6 ein Diagramm, daa den Zusammenhang zwischen dem Druck in der Trockenkammer und der Kondensationsrate (Menge pro Zeiteinheit) zeigt und kritische Zustände bezüglich des Haftens der Partikel an dem Förderer kennzeichnet.

Die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Gefrier trockenanlage sind schematisch in Fig.1 veranschaulicht. Die wesentlichen Elemente der Anlage sind eine Gefrierkammer 1o, die mit einer Trockenkammer 12 in Verbindung steht, deren Auslaß in eine Luftschleuse 14 mündet, von wo aus das getrocknete Gut in einen Aufnahmebehälter 16 gelangt»

Die Gefrierkammer 1ο weist einen druckfesten Kessel 18 auf, der mit einem trichterförmigen Zwischenboden 2o ausgerüstet ist. Die Seitenwand des Kessele 18" ist zum größten Seil von einer ringförmigen Anordnung innenverkleideter oder umkleide'-fcer, gekühlter Kondensorwindungen 22 umgeben, die in üblicher Weise geschlungen konstruiert sind. Diese Kühlschlangen entziehen dem

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- flüssigen Produkt, die Schmelzwärme"-und" die Verdampfungswärme. Ton" einer Kühlanlage, die insgesamt mit 24 bezeichnet ist, zirkuliert ein Kühlmittel durch die Schlangen 22. Die Einzelheiten der Kühlanlage sind von. üblicher Fom und nicht Gegenstand der Erfindung. -Von. der Kühlanlage führt eine Kühlmittelzuleitung 26 über ein Entspannungsventil 28 zu der Kühlschlange 22# Eine gebräuchliche Kühlmittelrückleitung 5o bringt das Kühlmittel zur Kühlanlage zurück, wo es in üblicher Weise kondensiert und erneut komprimiert wird. Ein iemperaturmesser 51 zeigt die'Semperatur des Kondensors an.»

Da das !Trockenverfahren bei einem relativ hohen Vakuum durchgeführt werden muß, ist an den Kessel 18 der Gefrierkammer 1o über eine Absaugleitung 34 eine Vakuumpumpe 32 angeschlossen. Me Vakuumpumpe entfernt hauptsächlich nichtkondensierbare Gase,, etwa Luft oder dergleichen, weil der aus dem Produkt während des Gefrierens sublimierte Wasserdampf mit Hilfe der Kühlschlangen 22 zu. gefrorenen leuchen kondensiert wird. Ein Meßgerät 35 zeigt den Druck in der Gefrierkammer an.

Die" Flüssigkeit, die durch Ausfrieren getrocknet werden soll, beispielsweise Kaffeextrakt, Fruchtsäfte oder der-' gleichen, wird mittels,einer Sprühdose 38 in der Gefrierkammer To in einem feinen Sprühstrahl versprüht. Die Sprühdose wird über eine Druckleitung 4o, eine Pumpe 42 und eine mit einem Eeservoir 46 in Verbindung stehende Speiseleitung 44 mit Flüssigkeit versorgt. Ein Ventil 45 regelt den Druck an dec Sprühdüse de» von einem Druckmesser 45a angezeigt wird. Vex Auslaß der Gefrierkammer 1o hat die Form eines Halses 48, der luftdiüht mit einem Ansatz 5o^ verbunden ist, der vom Einlaßende der Trocken-

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kammer T2 nach, oben ragt·

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel· der Erfindung weist die Trockenkammer 12 einen länglichen, rohrförmigen Trockenkessel 52 auf, der an beiden Enden mit abnehmbaren Deckeln 53 verschlossen ist. Im Inneren der Trockenkammer ist ein in Längsrichtung sich erstreckender Trog 54 befestigt, der dazu dient, die Teilchen des Gutes während des Trockenprozesses aufzunehmen und durch die Trockenkammer zu befördern. Der Trog 54 wird auf seiner Länge von schräg stehenden Schwinghebeln 56 gehalten, die an Bolzen 57 aufgehängt und mit ihren unteren Enden an dem Trog 54 drehbar angelenkt sind. Die Bolzen ragen von in Längsrichtung sich erstreckenden Winkeleisen 58 nach oben, die in der Trockenkammer 12 festgemacht sind« Dem Trog 54 wird von einem Vibrationsairtrieb oo eine Schwingbeweguhg erteilt· Die Einzelheiten des Vibratxonsantriebs werden weiter unten noch beschrieben·

Unterhalb des Trogs 54 ist. ein Kondensor 62 angeordnet, der dazu dient, den "Wasserdampf zu kondensieren, der aus den gefrorenen Teilchen des Gates P sublimiert, während diese in der Trockenkammer den Trog 54 entlang weiterwandern. Der Kondensor 62 hat, wie ersichtlich, die Form von Kühlschlangen und ist über ein Entspannungsventil 66 an eine Kühlmittelzuleitung 64 angeschlossen. "Über eine Kühlmittelrückleitung 68 gelangt das Kühlmittel im Kreislauf durch den Kondensor 62 zur Kühlanlage 24, die bereits oben erwähnt wurde. Die Kondensor temperatur wird von einem rfärmemessex abgenommen und an einer Skala 69 angezeigt,

Über dem Trog 54 ist eine Heizeinrichtung 7g angeordnet, die sich in Längsrichtung erstreckt und die Aufgabe Joat, die zum Trocknen des Gutes P notwendige Sublimationswäriße zuzuführen,

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während das Gut den Trog 54 entlfcjig wandert, Me HeizeinricJatung 7 ο hat die Eorm einer elektrisch erhitzten Decke von üblicher Konstruktion, deren Temperatur' von einer Temperaturmeßvorriehtung gemessen und an einer Skala 71 angezeigt wird. In der TrockenkaauEer 12 wird ein hohes Vakuum aufrechterhalten, weil die Treckenkaminer L-it der Gefrierkammer 1ο über die beiden Stutzen 48 und 5o in Verbindung steht, Die Vakuumpumpe 32 entfernt normalerweise lediglich niciitkondensierbare Gase aus der. Trockenkammer 12, weil der aus dec Gut P während des Trockenvorganges sublimierte·Wasserdampf andem Kondensor 62 der Trokkeiikamiser kondensiert wird. Das getrocknete Gut fällt durch einen Auslaß stutzen 74 der Troekenkauüerv

. Sacit die mit Versprühen arbeitende Gefriertrocknungsanlage der Erfindung kontinuierlich betrieben werden kann, ■·■ ohne daß öem System während des Irockenprozesses Luft zugeführt 7/ird und, ohi^e daß ein LuftahschluS zwischen den relativ zueinander beweglichen"-Teilen erforderlich ist, ist an deru Ausstoßende der Trockenka-ämer 12 die bereits erwähnte Luftscnleuse 14 vorgesehen. Die luftschleuse weist eine Isolierröhre 78 auf, die luftdicht an den- Auslaßstutzen 74. der Trockenkammer angefügt ist» Die isolierröhre 78 enthält exn von Hand betätigbares Drosselkiappenventil 8o, das nach V/unsch den Auslaß der Trockenkammer abdichtet. An die Isolierröhre 78 ist ein Bohr ε tuck 82 luftdicht angefügt, das den Aufnahmebehälter 16 für das getrocknete Gut trägt, line Klemmhalterung 84 für den Aufnahmebehälter sichert desseii luftdichte Verbindung mit dein Hohrstück 82.

An das Hohrstück 82 ist eine Leitung 86 angesehlossen, die zugleich als Voa?auspuff und als Lufteinlaß dient und --■

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zu einem T-Stück 88 führt. Eine Abzweigung, des T-Stücks verbindet mit einer Vakuomleitung 9o über ein von Hand bedienbares Vakuumventil 92. Die Yakuumleitung 9o ,ist mit der Hauptvakuumleitung 34 verbunden und somit an die schon erwähnte Vakuumpumpe 32 angeschlossen. Um das Abfüllen des Aufnahmebehälters 16 zu erleichtern, wenn dieser-mit getrocknetem Gut angefüllt ist, ist an die andere Abzweigung des T-Stücks 88 eine .Lufteinlaßleitung 94 angeschlossen, die von einem manuell bedienbaren Lufteinlassventil 96 gesteuert wird· Um die Luftschleuse 14 von der G-efrierkammer und der Trockenkammer isolieren zu können, ist ein verschließbares Drosselklappenventil 97 in der Hauptvakuumleitung 34 vorgesehen.

Im folgenden werden Einzelheiten des Mechanismus beschrieben, der dazu dient, den Trog 54 zu haltern und in Schwingbewegung zu versetzen. Die Winkeleisen 58 zur Halterung des Trogs wurden bereits oben erwähnt« Jedes Winkeleisen 58 ist an einer starren ü-Schiene 1oo befestigt, die abnehmbar auf einem Träger 1o2 aufliegt, der an den Seitenwänden des Trockenkessels 52 festgemacht ist. Um die Vektor- oder impulskomponenten der dem Trog 54 erteilten Schwingbewegung einstellen zu können, sind beide Winkeleisen 58, die die Bolzen 57 für die Schwinghebel 56 tragen, auf ihren Schienen 1oo in Längsrichtung innerhalb eines Verstellbereicheg verschieblich. In der getroffenen Einstellung werden die Winkeleisen 58 mittels Schrauben 1o4 festgeklemmt, für die in den Winkeleisea 58 dem Yexstellbereich angepasste Söhlitse 1ö6 (Mg.4) vorgesehen sindU

Um den Trog 54>in Schwingbewegung zu versetleQ, ist am Ausstoßende der Trockenkammer 12 eine in ^uerrichtung sicli

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erstreckende Welle 11ο vorgesehen. Diese Welle 11o ist in Pfosten 112 drehbar gelagert", welche von den Ü-Sehieneh 1o ο senkrecht nach oben ragen. Wie die Figuren 3 and 4 deutlich zeigen, ist auf der Welle Ho ein Exzenter 114 angeordnet, an dem das eine Ende einer Verbindungsstange 116 sitzt. Das andere /Ende der Verbindungsstange 116 'ist mit einem Zapfen 118 verbun-

an ;. ■ ' ' den, dessen eines Ende in einem/dem Trog 54 befestigten Block 12o festgelegt ist. Der "Zapfen 118 ist außerdem an dem unteren Ende eines der den Trog tragenden Schwinghebel 56 drehbar angelenkt, und zwar an dem der Verbindungsspange 116 benachbarten Schwinghebel. Das obere Ende des Schwinghebels 56 ist mittels eines Stiftes 122 schwenkbar in einem der schon erwähnten Bolzen 57 gelagert. Alle anderen Schwingfehebel 56, mit Ausnahme des an der Verbindungsstange 116 angeordneten, sind mit ihren unteren Enden mittels eines Stiftes 118a in einem an dem Trog sitzenden Block 12oa schwenkbar gelagert, wie aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich. Die Blöcke 12o und 12oa sind mit den Seitenwänden 124 des Trogs verschweißt oder sonstwie verbunden. Wie die Figuren 2 und 4 erkennen lassen_f hat der Boden des Trogs längslaufende Rippen 126, die den Trog in Längsrichtung versteifen· Weiter ist ein Antrieb vorgesehen, der die Welle 11o bei einem vorgegebenen Exzenterhub mit geeigneter Geschwindigkeit dreht. Hierzu ragt das' eine Endteil 127 der W_elle 11o durch eine Stopfbüchse 128 (Jig.2 und 4), die einen luftdichten Abschluß für die Welle vorsieht. An diesem Endteil 1^7 der Welle 11 ο ist ein Kettenrad 1Jo (Fig.!, 2 und 4) befestigt. Mit dem Hauptteil der Welle ist das Endteil über eine Kupplung 129 verbunden. Ih Pig.1 ist der Antrieb für das Kettenrad IJa gezeigt.

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TTm das Kettenrad 13o und um ein Kettenantriebsrad 134 ist eine Kette 132 geführt. Das Antriebsrad 134 wird von einem Äiementrieb mit veränderlicher Geschwindigkeit, eier allgemein mit 1J6 bezeichnet ist und beispielsweise ein Heeves-Antrieb sein kann, angetrieben. Derartige Vorrichtungen mit in Acnsrichtung verschiebbaren Siemenscheiben gehören zum Stand der Technik und ihre Einzelheiten sind nicht Gegenstand der Erfindung. Der mit variabler Geschwindigkeit laufende Antrieb wird von einer kombinierten Motor-Untersetzungagetriebe-Einheit 138 kraftgetrieben, die zu deLi bereits erwähnten Vibrationsantrieb 60 gehört. Die Kupplung 129 gestattet es, die U-Schienen 100, die die winkeleisen 58 und den Trog 54 tragen, wegzunehmen*

Wie schon erwähnt, ist eine Heizeinrichtung 7o vorgesehen, die die für den Iroeknungsprozess notwendige Sublimationswärme liefert. Die Heizeinr-icntung Jo besteht a*as einer elektrischen Decke 14o, in Poria von Widerstandheizdrähten, die in eine Platte aus Silikonkautschuk eingebettet sind. Das Heizelement 14o ist auf einer Unterlage 142 aufgekittet, die in der Trockenkammer 12 an längslaufenden Trägern 144 befestigt ist» Die Zuführungsdrähte 145 des Heizelementes I40 sind an eine elektrische Stromquelle angeschlossen und der Stromfluß wird in üblicher, nicht dargestellter Weise so geregelt, daß die gewünschte Heiztemperatur entsteht.

Wie ELg.3 erkennen läßt, ist ara Ausstoßende des Trogs 54 in der Trockaükaiuaer 12 ein Abfüll^ri-j^tex· I46 angeordnet, der das getrocknete Gut P auf nimmt, wenn dieses duraL'die Schwingbewegung aus dem Ende des Trogs 54 ausgestoßen wird. Der Abfülltrichter 146 liefert das getrocknete Gut In &®ά Auslafc-

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stutzen 74» von wo aus es in die Luftschleuse 14 gelangt.

Im folgenden wird die Betriebsweise der erfindungsgecäßea» mit Versprühen arbeitenden Sefriertrocknungsanlage kurs beschrieben«.

UnterBezugnahme auf Figyi seiangenommen_t daß die Vorrichtung abgeschaltet ist. liun wird ein leerer Aufnanmebeliälter 16 &.. die Luftschleuse 14 angesetzt und die Vakuumpumpe 52 in Betrieb genommen, wobei die Dross elklappenventile 8o und 97 geöffnet, das Lufteinlaßventil 96 und das Vakuumventil' 82 an der Luftsciileuse geschlossen sind. Die Kuhlanlage wird in iaetrieb gesetzt« Die Heizvorrichtungen werden eingeschaltet und durch die Sprühdüse wird ein Wasserstrahl versprüht, um eine t-oerhitzujLg des Troges zu vermeiden, in kurzer Eeit sind die liichtkoadensierbaren &ase aus der Gefrierkammer, der !Erockenkaoiiier, der ^iftsohieuse und-. deiu iiufiiahniebehälter abgezogen ttr.d der ]>rü.ek i.jaerhalb der Gefrierkainmer 1o und der frockenka-jaer 12, der von dei, luessern 35 bzw, 72 angezeigt wird» xiat sich auf eiiien seiir niedrigen Wert eingestellt, der beträcntlich unterhalb des Iripelpunkt-Uruckes liegt. Iiumaehr wird der Vibratormotor 138 angelassen, die lumpe 42 für das flüssige Produkt wird in Betrieb gesetzt und das Ventil 45 für den Irlussigkeitsnachsehub wird derart eingestellt, daß an der Düse 38 der gewünschte Sprühdruck ÄUstandekomint, wie er an dem JJrüekEtesser 45a angezeigt wird* Jetzt beginnt das erfindui^gsgemaise, mit Versprühen arbeitende Sefriertröckiauiagsverfahreö· Die Partikel der versprühten Flüssigkeit "treten^ innerhalb einer kegelförmigen Umgrenzung als feinst verteilte Teilchen ausv Die teilchen werden in der Gefrierkammer Io naoh oben gefÜhri*. iAifgrund des nunmehr

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in der Gefrierkammer herrsehenden lint erdrücke s gefrieren die meisten Teilchen bald, nachdem sie die Düse 38 verlassen haben, aber nicht an der BU.se selbst· Der größte Teil der Partikel ist bereits gefroren, bevor die Partikel auf die Wand oder Umkleidung des Kondensors/auf treffen. Sie prallen an der Wand ab und fallen nach unten zum Auslaßhals 48 der G-efrierkammer # Diejenigen Teilchen, die noch nicht ganz, gefroren sind, wejxn sie die Kondensorwand erreichen,- gefrieren bald danach, so daß alle Partikel zu dem Zeitpunkt, wo sie in den Trichter 2o am Boden der Gefrierkammer gelangen vollständig gefroren sind. Diese vollständig gefrorenen Teilehen fallen direkt in den Einlaß des Schwingtroges 54 hinein. Die wirkungsweise des Vibrationsantriebe 6o für den Trog und die Winkelstellung der Schwinghebel 56 sind derart, daß die Partikel P entlang dem Trog 54 zum Auslaß ende der Trockenkammer 12 hin weiterbefördert werden in einer fortschreitenden Bewegung, die in iig.J schematisch angedeutet ist.

Während die Partikel in dem Trog 54 weiterwandern, wird ihnen von der Heizeinrichtung 7o die Sublimationswärme zugeführt und der aublimierte Wasserdampf wird unmittelbar in der Kammer kondensiert, was durch den in der Gefrierkammer angeordneten Kondensor 62 geschieht. Die Kühlleistungen-für den Kondensor 62 der Trockenkammer und Heu. Kondensor 22 der Gefrierkammer werden derart eingeregelt, daß die Drucke in diesen Kaunern praktisch gleich sind. Bs ist von besonderer Bedeutung, daß der in der Trockenkammer 12 herrschende Druck den Druck innerhalb der Gefrierkammer nicht wesentlich übersteigt· Wenn dies der Pail ware, kannte sublimierter Wasserdampf durch den Einlaß 5o

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"der Trockenkammer und den Auslaßhals 48 der Gefrierkammer nach Ot en strömen und 'dabei gefrorenePartikel P, die gerade aus der G-efrierkammer in die Srockenkammer herunterfalien, mit sich reißene Da während des ö-efriervorganges in der G-efrierkammer 1o dem Gut bereits annähernd 2o<f des Wassergehaltes entzogen werden, erfordert die Trockenkammer 12 entsprechend weniger Kühlleistung pro Pfund des flüssigen Ausgangsproduktes, als notwendig wäre, wenn das Gut im Zustand von vorgefrorenen Partikeln eingeführt würde. - . \

ffexw. die Partikel" das Ende des Troges 54 erreichen, werden sie aus dem Trogende herausgeschüttelt, wie dies in !ig.3 angedeutet ist, und gelangen in den Abfülltriehter 146, von wo sie durch" die luftschleuse 14 in den Aufnahmebehälter 16 fallen. ■

Wenn der Aufnahmebehälter 16 bis zu dem gewünschten Maß gefüllt ist, ermöglicht die Luftschleuse mit dem Ventilsystem ein Auswechseln des Behälters, ohne daß das Vakuum in der Grefriefkammer und der Trockenkammer abfällt. Zunächst wird das JDrosselklappenventil 97 in der Vakuumleitung 34 geschlossen, ' um die Luftschleuse zu isolieren. Dann muß zum Austausch des Behälters-16 auch das Vakuumventil 92 geschlossen sein; dieses Ventil ist aber, wie erwähnt, während des normalen Betriebes ohnehin geschlossen» Dann wird das von Hand bedienbare Klappenventil 8o in der Luftschleuse 14, das geöffnet war, um die Partikel in den Aufnahmebehälter 16 durchtreten zu lassen, zugemacht, um die Luftschleuse vollständig vom Inneren der Trockenkammer 12 abzutrennen. Sobald das Ventil 8o geschlossen ist, kann das Lufteinlaßventil 96 geöffnet werden, um den Druck in

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dem Aufnahmebehälter auszugleichen., Bann kann der Aufnahmebehälter abgenommen und durch, einen leeren ersetzt werden.·

Sobald der-neue Aufnahmebehälter In der Luftschleuse H an Ort und Stelle befestigt ist, wird das Lufteinlaöventil 96 wieder geschlossen und nun wird das Vakuumventil 92 für die Luftschleuse geöffnet» damit die Aufnahmebehälter und die Luftschleuse ausgepumpt werden» bevor das Klappenventil 80 wieder geöffnet wird· Schließlich wird das Drosselklappenventil 97 in der Hauptvakuumleitung 34 wieder geöffnet· Während dieser Zeitspanne, die sehr kurz ist, hat sich getrocknetes Gut über dem Klappenventil 80 angehäuft. Sobald die vorbereitenden Schritte durchgeführt sind, kann das Klappenventil 80 wieder geöffnet werden, so daß die Verbindung von der Trockenkammer über die Luftschleuse 14 zum Aufnahmebehälter 16 wiederhergestellt ist. Wie erwähnt, ist das Lufteinlaßventil 96 bereits vorher geschlossen worden und das Vakuumventil 92 für die Luftschleuse kann nun ebenfalls geschlossen werden, weil ^jetzt das Vakuum in der Luftschleuse direkt auf dem Weg über die Gefrierkarnmer 1o, die Trockenkammer 12 und die Hauptvakuumleitung 54 hergestellt wird. ....

Versuche mit der Gefriertrocknung von feststoffe enthaltenden flüssigkeiten, beispielsweise von Kaffeextrakt, haben gezeigt, daß die Geometrie der Schwinghebelbefestigung für den Trog 54 etwas kritisch ist. Wenn diese geometrischen Paktoren zu niedrig gewählt werden, bewegt sich das Gut nicht rasch genug durch die Trockenkammer, um die gewünschte Jcurze Verweilzelt in der Kammer zu gewährleisten« Wenn die JPaktorea zu hoch gewählt werden, wird das Gut aus dem Trog l&rauege-

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schleudert oder es wandert Zumindest zu rasch-durch die Trockenkammer, so daß es zu dem Zeitpunkt» wo es die Xiüftsehleuse am Ende des Troges erreicht, noch nicht vollständig getrocknet ist-* Fu^r wärmeempfindlich^ Produkts*wie beispielsweise Kaffeepulver ("instant ccf f e#), die zudem gern etwas klebrig sind, wurden gewisse kritische Dimensionen und Geschwindigkeiten für die TibratoreinrichtuBg abgeleitet,-."SHx' die erfindungagemäße Vorrichtung wurde gefundejii daß der Winkel "a¹¹ (J¹Ig.5)s den die Schwinghebel 56 mit der Horissontalebea® bilden_s praktisch 65 ." betragen soll. Daraus ergibt sieh eine mittlere Sichtung für die Trogbewegung (durch den 3Pfeil «ν^Α gekennzeichnet) unter dem gleichen Winkel ^wa^lr von 65^Q gegen die Vertikalebene. Die länge der Schwinghebel 56 ist zwar nicht 'besondersr kritisch! für den Winkel ^ira^M von 65° hat sich aedoehi ein© Jiänge von 5o.S mm (2 engl.Zoll) als smfriedenstellsad, erwiesen* Die horiaontale SehwingungsaBiplitude» die in Mg*5 m±t °i^w bezeichnet ist» beträgt insgesamt 6*3 am (1/4 Zoll)» was bedeutet, daß der Exzenter 114 einen Bub ¥ob 3,2 mm (^8 Soll) macht. Die Umdrehungsgesehwindigkeit der Welle 11o ist 5oö TJ/min. Damit wird den Partikeln des Gutes P eine maximale horizontale BeschleuJiigung von o»8o g und eine maximale vertikale Beschleunigung von. ο*St g erteilt· obwohl die Partikel also schrittweise ■in. den; Trog verwärtswandern, hüpf en sie während des Irockenvörganges nicht aus dem Tro^heraue und zerstieben nicht·

Die Pördertätiigkeit kämi fölgendermaßen beschrieben werden: Wenn der frog iiaeh unten und hinten geführt wird, folgt das Gttt dem 2CrOg nach unten aber nicht nach rückwärts, da die Beibmigskraft zwisdien dem Trog und dem Hut nicht aus-

reicht, um die Masse des Gates über die ganze Länge der Trögbewegung mit nach hinten zu rücken. Wenn jedoch der Trog nach oben und vorwärts bewegt wird, wird die Reibungskraft erhöht und der Kasse des Gutes wird eine Vorwärtsbewegung erteilt, die wesentlich größer ist, als die rückwärts gerichtete Bewegung.. Die räumliche Bahn des Gutes stellt eine in Längsrichtung komprimierte Epizykloide dar. Der erfindungsgemäße Förderer hat also sowohl einen Förder- als einen Hühreffekt und dabei i«t die Einwirkung auf die Partikel sehr sanft.

Als Beispiel werden nunmehr für eine erfindungsgemäße Anlage und ein erfindungegemäises Verfahren die optimalen Betriebsbedingungen in Anwendung auf die Sprüh-Gefriertrocknung von "Instant-Coffee¹¹-Extrakt gegeben. Selbstverständlich stehen die Abmessungen der Anlage and der Durchsatz des Gutes in unmittelbarer Beziehung. Das Beispiel soll in Verbindung mit der in Fig.1 gezeigten Anlage beschrieben werden. Die Gefrierkamiaer 1o hat einen Durchmesser von etwa 152 cm (5 engl.Fuß) und eine Höhe von 183 cm (6 engl.Fuß). Der Trog 54 ist annähernd 4.8 m (16 engl.Fuß) lang und 3o cm (1 engl.FuIE) breit. Die Trockenkammer 12 hat einen Durchmesser von 61 cm (2 engl.Fuß).

Was den Gehalt an Feststoffen in dem Kaffeextrakt anlangt, so wurden die besten Ergebnisse erzielt, wenn der Feststoffgehalt etwa 2ö Gewicntsprozent betrug. Sobald der Feststoff gehalt.25 Gewichtsprozent erreicht, treten bei der Verarbeitung Schwierigkeiten durch Kleben usw. auf. Andererseits ist es unwirtschaftlich und unnötig mit eir.er Ausgangsflüssigkeit zu arbeiten, in der der Feststoffgehalt unter 2o Gewichtsprozent liegt, well dann unnötig viel Wasser verdampft werden muß,

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Die Kühlmitteltemperatur soll, wi e sich /herausgestellt, ' hat,. so eilige β teilt- werden, daß in, der öef rierkamaer und in der Trockenkammer ein Druck in der Größenordnung -von 25o Mikron herrwehen, wie dies in dem Diagramm der Mg· 6 angedeutet ist. Wenn man den Druck in der Trοok-enkarome<-r 27o Mikron übersteigen läßt, treten Schwierigkeiten auf, weil das Gut an dem Trog klebt. Selbstverständlich sind Drucke unter 25.P- Mikron mögliola, wenn eine erhöhte' Kühlleistung zugei uhr t wird. Ein Ar bei ta druck von etwa 25o Mikron hat sich als ...orptimaler Druck: erwiesen· Zwar kann bei einer wesentlichen Druckerniedriguiig unter 25o Mikron die Terweilzeit des Gutes in der TroQkenkammer herabge— setzt werden, indem dem Gut mehr Wärme zugeführt wird !dadurch' wird aber die erforderliche Kühlleistung erhöht. Wenn man: diese beiden Effekte gegeneinander abwägt, findet man, daß der Druckbereich zwischen 25ö und 27o Mikron, der eine Verveilzeit von etwa.-4.0- Sekunden ergibt, die besten Gejiamtergebnisae lief exi Die Verweilzeit von 4o Sekunden ist kurz genug, um ein· Warme~ beschädigung deef Gutes zu verhindern, und lang genug₉ um ein· 1ooj£ige Trocknung während des Prozesses zu gewältriLeiatea·

Die^ Sprühdüse 38 (in eineiaj gäsöfler&n Syetem können β a -auch mehrere Düsen sein) und^ der Dr^c^bereick_r iß *esi si® beitet,- wer|Len derart .gewählt^-daS^aicJieinf^ ¥«3?iaaigfmig in der Größenordnung v©n !.lig/i* frögolitsf 10φ». (o.35,;lb/agft).is der:
eigene für die

Syttea»,Qo*_f in Bellwoöitj. Illinöiii: lh, dir' arbeitet diese Däa<t bei einem^:Draolc

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der von der Pumpe 42 geliefert wird und mittels des Flüssigkeltseinlaßventils 45 eingestellt und an dem Messer 45a abgelesen wird.

Die Temperatur des Kühlmittels in den Kondensoren 22 und 62 wird auf -So⁰P (-45⁰CT) oder in der Gegend gehalten. Wenn man die Kühlmitteltemperatur Ms auf -3O⁰S¹ (-34 C) ansteigen läßt, treten Schwierigkeiten infolge Klebens und langer Verweilzeiten auf. Eine Temperatur unter -So⁰F erforaert nur zusätzliche Kühlleistung, deren Kosten durch eine günstige erniedrigte Verweilzeit des Produktes nicht ausgeglichen werden.

Die Temperatur der Heizeinrichtung 7o wird auf annähernd 30O⁰F (149⁰C) eingestellt. Eine niedrigere Temperatur verlängert die Verweilzeit des Gutes unnötigj wenn andererseits die Temperatur 325⁰F (163°C) erreicht, klebt das Gut an dem Förderer.- Das Gut wird allmählich wärmer, während es das Ausstoßende des Troges 54 erreicht. Als Ausstoßtemperatur am Trog werden 15o F (65⁰C) bevorzugt. Diese Temperatur wird mittels eines Thermoelementes (nicht dargestellt) aa Ausstoßende des Troges gemessene

Wie schon erwähnt, wird der Trog 54 in eine Schwingbewegung mit 5oo Perioden pro Kinute (5oo U/ain der Well· 11o) und «ine* kerimqßtftlsi! Hufe ®s,^m von 6,3 am (V4 Zoll) versetzt, wobei die Schwinghebel 56 mit der Horisentalebene einen Winkel von §5°-bilden« .

W®nm &llm dies« fsktoren für den Betrieb α er Anlage in BttxMht gesogen w®$i®u₉ liefest di* oben erwähnt·, ae£erordentliok Ιεοχί© Terweileeit von 4o Sekmnd®» getrocknet« Bsrtikel voa iastsat c©f£ee (Zaff««pulver)₉ dig-einen äu.»g®*®ieii-

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BAD ORlGiMAL ' .

neten Geschmack and. ein ebensolches Aroma haben, wenn sie in üüliciher Weise mit Wasser rüekverwandelt werden* Die Partikelgröfie des Kaffee ist in der Größenordnung von Liikron; dies ergiti ein rasch lösliches und gefälliges Produkt.

In dem Deschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein einziger langgestreckter Trog verwendet; statt dessen können aber auch eine Heihe von vertikal beabstandeten kürzeren 'Irögen benützt werden_f wobei dann Jeder Trog den darunterliegenden beschickt! so dais das Gut während des Trocknungsprozesses in der irockenka~j.ier vorwärts und rückwärts gefördert wird. Der beschriebene Vibratorförderer erlaubt eine enge vertikale Öchiclitung derartiger Iroge. ■

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Claims (1)

1. P at en tanspräche

   1. 7erfanren zum Trocknen durch Ausfrieren, insbesondere für eine feststoffe mitfünrende flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeit in einen evakuierten &efrierraum eingesprüht wird, daß sie dort büi Unterdruck in kleine Teilchen aasgefroren wird, wobei der aus den Teilchen sublimierte Wasserdampf direkt in dem Gefrierraum kondensiert v,ird, daß aie gefrorenen Teilcrren in eine Trockenkammer überführt werden, wo sie unter Zufülrirung von. Subli-3iationswärir.e und Kondensation des sublimierten «vas ser dampf es während des Trcsknena zuel Auslaß ende hin v,eiterbewegt vverden und daß die getrockneten leuchen am Auslaßende aus der Z'rockenkanaLer entfernt werden, ohne daß Luft in die Trockenkammer gelangte

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Teilchen unter Einwirkung der Schwerkraft aus den G-efrierraum in die TrockenkaEimer fallen. ·"■

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   BAD

   3". Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die In der Zeiteinheit versprühte flüssigkeitsmenge derart auf die' Wasserdampf-Eondensationsrate. in dem Gefrierraum eingestellt wird, daß die "versprühten Tropfchen mach dein Verlassen der Düse, aber bevor sie am Auslaß des Gefrierraumes ankomiiien, fest gefroren werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch ge*- ' ' kennzeichnet, daß während der Gefriertrocknung die nicht kondensierbaren Gase aus dem Gefrierraum und der Trockenkammer abgezogen werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß: die Drucke in dem Gefrierraum und der Trockenkammer annähernd gleich gehalten werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Trockenkammer auf etwa 27o Mikron eingestellt wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezuführung in der Trockenkammer derart geregelt wird, daß das Trockengut auf maximal 65,6⁰C (15O⁰I¹) erhitzt wird.

   8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 /bis 1% dadurch gekennzeichnet, daß es zur Herstellung von Kaffeepulver (instant coffee)

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   BAD.

   verwandt wird, .obei als Ausgangssubstanz ein flüssiger Kaifeextrakt mit einem Feststoffgehalt zwischen 2o und 25 Gewichtsprozent gewählt wird.

   J. Treckenvorr-Lchtung zur Ausübung des Yerfanrens nach einem der Ansprüche T bis 8, gekennzeichnet durch, eine Gefrier— kammer (1ο), in der mindestens eine Sprühdüse (38) angeordnet ist und in deren Boden (2o) der Auslad für die gefrorenen Teilchen vorgesehen ist, durch eine an den üuslaß der Gefrierkam-ier angeschlossene Trockenkau-mer (12), in der ein Förderer (54) für das Trockengut und eine Heizeinrichtung (7o) angeordnet sind und an deren Ausstoßende eine Luftscnleuse (-14) a/ige schlossen ist, durch. Bin Evakuieru-.gssystem (32,34j97>So,92,86) für Gefrierkaciner, IrockeiikaLimer und Luftschleuse una durch einen Zondensor (22) in der Gefrierkammer und einen Kondensor (62) in der Trockenkammer·

   10. Trockenvorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeicnnet, daß der Förderer (54) eine schwingende Plattform, aufweist.

   11. Trockenvorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekeiinzeicnnet, daß die Plattform des Schwingförderers unter einem Winkel von annähernd 65° gegen die Vertikale und mit etwa 5oo Schwingungen in der Minute bewegt wird.

   12. Trockenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,¹ daß die Hubstrecke des Schwingförderers etwa 6,3 jma engl.Zoll) beträgt.

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   BAD ORfGINAL

   ±TQjKe.r/^xx±j^t\uiß nach: A-'-s^racli 9 oder einem der folgenden, äadurcii gekennseiciuiet, daß die !Crockeiikamifrer- die j'orii. tiiier l^ag,_öestreckten, etwa horizoatte.1 liegenden nat, dt.reii Au-slace/iäe ver-scnxießßar ist.

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